镜头评价指标及测试方法（四）--------手机摄像头调查

由于近期的一些工作内容和地点的原因，所处的领域可能会发生一定的变化，因此，做了一些相关的调研来支撑自己的选择，先来一份调研数据：

2019 年，全球六大手机品牌的市场份额总计达到 73.3%，同比上升 3.98 个百分点。2019年是 5G 手机出货的元年，头部厂商发布强势产品，在 5G 手机领域依然占据非常高的市场份额。2019 年，华为、三星、 vivo 在全球 5G 手机市场份额分别是 36.9%、 35.8%、 10.7%。（Strategy Analytics,东莞证券）。

下面是笔者关注的部分：

• 1.多摄渗透加速，TOF （前后置）与结构光（前置）与潜望式镜头未来可期

• 1.1 技术延伸，5G 时代也是多摄时代

手机是通信技术最直接的载体。每一代通信技术的发展，不仅使手机的通信性能得到增加，同时引发手机的其他性能的进步。1G 时代，消费基本都是用着黑白手机，当时技术发展缓慢，手机性能并没有迎来太多的进步。2G 时代，手机从黑白屏进入了彩屏，消费者可以拜托单调的显示屏，享受彩屏带来的喜悦，此外，到了 2G 时代后期 Symbian 系统实现了智能化，从此手机开始进入智能时代。智能化是后 2G 时代的产物，进入 3G 时代大放异彩，先后出现 Android、iOS、Windows phone、Blackberry 等系统；2G 时代留下的不仅是手机智能系统，还有触摸屏。后 3G 时代，三星 Note 系列是大屏的代表。进入 4G 时代，大屏已经不足以满足消费者的需求，因此出现了“全面屏”，提升消费者的视觉享受。大屏是 3G 时代遗留给 4G 时代的产物，不是 4G 时代独特的标签。4G 时代手机独特的标签是“多摄”。2G-3G 时代，手机后置摄像头主要以单摄为主。4G 时代，在手机创新碰到瓶颈之时，摄像头方面的创新就成了行业关注的重点。华为 P9 吹起了手机多摄的号角，P20 PRO 带领市场进入 3 摄时代，P30 PRO 作为继任者，实现手机四摄。从 2G-4G 的发展，上一代留下的突破都会在下一代产品继续沿用。手机多摄已经成为潮流，5G 时代必定多摄的时代。

• 1.2 双摄时代，人像模式

虽然华为 P9 不是全球第一款双摄手机，但是华为 P9 开启了手机双摄的潮流。华为 P9采用的是的彩色+黑白的双 1200 万像素的方案。这种方案拍照时两颗摄像头同时工作，一个负责拍摄彩色画面，另一个拍摄黑白画面，描绘线条。由于黑白镜头取消了分色滤镜，所以进光量更多，细节也就更加清晰，再通过软件把黑白画面的细节强化进彩色照片，最终成为一张画质更优、细节更清晰的照片。

                        

2016年 ，iPhone 采用的是长焦+广角的方案，该组合目的是为了实现光学变焦，这其实是一种非常朴素的变焦思路：用两个焦距不同的摄像头搭配，宽视角的广角镜头可以“看”的很广，但是“看”不清远处的物体，而窄视角的长焦镜头虽然“看”的范围不大，但是“看”的更远更清晰。广角和长焦镜头组合搭配，在拍照时通过镜头切换和融合算法就能实现相对平滑的光学变焦。高像素的长焦镜头能保证广角镜头因变焦而损失的图像信息远低于单摄像头的数字变焦（假变焦）。

人像模式下，其等效 56mm 的长焦镜头负责拍摄影像，等效 28mm 的短焦镜头负责记录画面景深信息。所以 iPhone 7 plus 的“人像模式”做得就相对较好，吸引了大批的消费者。后期华为的 P10 系列也在人像模式上下了功夫。虽然 P10 的双摄等效焦距都为27mmm，但华为 P10 加入了 2 倍变焦功能，开启之后彩色镜头的焦距会达到 54mm 是因为该焦段被誉为人像摄影的“黄金焦段”，适合人物特写。

• 1.3 三摄时代，开启长焦模式

2018 年，华为发布的 P20 PRO 正式拉起了手机进入三摄时代的序幕。华为 P20 pro 采用的是 4000 万彩色镜头+2000 万黑白镜头+800 万长焦镜头。P20 PRO 支持 3 倍光学变焦，5 倍三摄变焦，10 倍数字变焦。华为 P20 pro 采用“彩色镜头+黑白镜头+长焦镜头”组合相互协作，拥有高倍无损变焦的能力，够在低光性能、变焦、高分辨率、景深虚化等方面提供更优质的体验。摄像头自动默认采用“超采样技术”将 4000 万像素合成为 1000万，通过压缩进一步提升像素质量达到增强普通模式画质。

双摄的成功，自然会让人想到使用更多的摄像头的方案，第一个尝试该方案的华为P20 pro，后置采用RGB+Mono+Tele的三摄像头配置。从镜头的功能上来看，既可以利用RGB+Mono的组合实现超级夜景拍摄，也可以利用RGB+Tele实现光学变焦的能力。通过三个镜头的视觉差也可以获取拍摄对象的景深，实现大光圈的效果。通过实际测试，华为P20 Pro三个摄像头并不能同时工作,只是根据不同的应用场景进行两两摄像头的组合，这种组合本质上是实现可变更组合的双摄。

2019 年， Apple 发布 iPhone11系列。其中 iPhone 11 pro 以及 iPhone 11 pro Max 采用三摄方案。iPhone 采用的三摄方案有别于安卓阵营。iPhone 11 pro 以及 Max 版本采用的是 1200 万广角摄像头+1200万超广角摄像头+1200 万长焦摄像头的方案。此前，远摄镜头配合广角摄像头来产生肖像模式效果，又或者在用户频繁缩放的时候进行接管。通过结合来自这两个视角略有不同的摄像头的信息，该设备能够确定深度数据，让它能够模糊背景的某一点，等等。超广角镜头提供了更多的信息，这应该会提高肖像模式等功能的精确度。在专用的传感器和摄像头系统上，广角的一个好处在于，它的创作者能够进行大量的修正，这样就不会出现角落或中心位置疯狂失真的问题。iPhone 开创的长焦模式在安卓阵营也受到了认可。长焦镜头已经顺利地成为三摄镜头的重要成员。

• 1.4 四摄时代，暂以 TOF 为标杆，潜望式长焦亦是看点

2019 年，华为发布 P30 系列。手机的后置摄像头再增加一位成员，进入四摄时代。4000万像素超感光+2000 万像素超广角+800 万像素超级变焦 +TOF 镜头。华为本次加入 TOF（Time of flight）镜头, TOF 镜头是深度摄像头的一种，利用飞行时间进行测距。ToF相机将允许您的手机分离不同的对象。例如拍照人像时，ToF 相机就能够精准识别对象不属于后置风景，从而在照片图像上显出绚丽的散景效果能够很好的计算人像的轮廓来精准的识别，对其他的物体进行虚化处理。此外，P30 PRO 的超长焦摄像头有别于一般长焦摄像头，采用的是潜望式长焦镜头，通过棱镜的光路折射，是镜头横置于机身内部，增强变焦能力。得益于潜望式镜头，华为 P30 PRO 实现 5 倍光学变焦，10 倍混合变焦，50 倍数字变焦。

光学变焦在拍照中是非常刚需实用的功能，但目前基于W+T的双摄手机一般实现的是2倍的光学变焦，和单反甚至带伸缩变焦镜头的卡片机（至少5倍以上的光学变焦）相比，仍然有较大差距。因此，手机产业链对光学变焦非常重视，在未来的一两年内手机上很可能会有以下两种高倍光学变焦方案

1. 多个（至少3个）定焦镜头组合实现高倍光学变焦。本质上和之前双摄的光学变焦原理类似，但是镜头的增加会提高硬件成本，对模组精度要求也较高，再考虑到光学防抖，对算法供应商来说也是一个很大的挑战。

2. 潜望式光学变焦。其原理是在手机机身内部放置一个和手机屏幕垂直的内驱光学变焦模组，然后利用折射镜接收外界光线，这相当于让复杂的光学变焦系统与机身实现了平行设计，不影响手机本身的厚度，而且和单反或伸缩式卡片机相比，可以更好的防尘防水。不过，潜望式光学变焦也有很多缺点：一是复杂的 光学变焦系统对模组制造及手机装配有非常苛刻的要求，二是后期算法的调教也比较困难。对模组厂和算法 供应商来说都是很大的挑战。

华为开辟的道路，获得了市场上的认可。2020 年，三星发布 S20 系列。其中以 S20 Ultra 最为惊艳。S20 Ultra 搭载 1.08 亿像素广角摄像头+4800 万像素长焦摄像头+1200 万像素摄像头+TOF 镜头。三星 S20 Ultra 页配备了潜望式长焦镜头。因此，目前四摄时代已经来临，TOF 镜头与潜望式长焦镜头已经成为安卓阵营两大巨头的产品配置中，对于未来这两个摄像头的使用，我们认为非常值得期待。

                           

• 2 高画质需要多种要素，传感器与镜头值得关注

• 2.1 像素一高再高，但是高像素不等于高画质

手机摄像头的的创新不仅在多摄，还有提升像素。以为华为和苹果为例：

                         

                         

 像素是分辨率的尺 寸单位，而不是画质。像素唯一能决定的是其所拍图片的分辨率，图片的分辨率越高， 只代表了图片的尺寸越大，对应像素就越高，并不能说明图片越清晰。事实上，决定画质的硬件因素有很多包括：ISO、光圈、快门时间、像素、感光传感器面积和镜头。其中以光圈、 传感器和镜头最为重要。

光圈是一个用来控制光线透过镜头，进入机身内感光面光量的装置，它通常是在镜头内。表达光圈大小我们是用“F/数值”表示。数值越小，光圈越大，进光量就越多。例如华为 Mate 30 PRO 的 4000 万超感光摄像头的光圈就达到了 f/1.6，与iPhone 11 pro Max 的光圈也达到了 f/1.8，光圈略大。大光圈的镜头因为可以获得更多的进光量从而获得很好的成像效果。

传感器决定图片质量的关键因素，传感器尺寸越大，感光性能越好，捕捉的光子(图形信号)越多，信噪比越低，成像效果自然也越出色，画质也更加细腻。所以我们以 看到 iPhone 虽然只有 1200 万像素，但是在 DXO 排行榜上却可以不输多个摄像头高像素手机。

镜头是将拍摄景物在传感器上成像的器件，通常由几片透镜组成，光线信号通过时， 镜片们会层层过滤杂光(红外线等)，每一层镜片可以层层过滤。所以，从理论上看， 镜头片数越多，成像就越真实。

手机摄像能力是存在向单反靠近的趋势，毕竟手机具备轻便，随身携带，操作简单 等特点。虽然高像素不等于高画质，但是高像素确实成为了消费者购买手机的一大 考虑因素。高像素一般首先会在高端手机使用然后再逐渐向中端产品渗透，这个从华为以及荣耀的产品就可以知道。对于能生产出高像素，高性能等传感器的头部厂 商，在市场竞争中能占据有利位置。

                                            

• 2.2 CIS 企业加速扩产，新的产品正在形成

传感器占据手机模组最大价值量比例。手机摄像头模组包含多个器件，包括镜头、音圈马达，红外滤光片、传感器等。这些器件组装在一起后，还需要放在嵌在 PCB 中，与手机其他重要部件连接在一起。从整个手机摄像头模组看，传感器是核心器件，决定着摄像头的成像品质以及其他组件的结构和规格，占据手机摄像头模组中最大比例的价值量为 52%；其次是封装模组工艺，占据摄像头模组价值量的 20%；光学镜头是影响手机拍照画质的重要零部件之一，占据摄像头模组价值量的 19%。

手机是 CIS 应用最为广泛的领域，造就了 CIS 产业的蓬勃发展。 CIS（CMOS image sensor），即由 CMOS 制成的图像传感器。CIS 在下游市场中的应用领域非常广泛。目前，我国智能手机市场占有率高达 96%，部分消费者同时配备数台手机，适用于不同的生活场景。此外，消费者对于手机更换周期也相对较短，一般 2-3 年会更换一次。较高的市场普及率以及更快的产品更换周期，CIS 在手机的使用比例最为广泛，达到 63.90%。其次就是单反，汽车等产品更换周期相对手机较长的产品。通信能力迭代周期加速，叠加手机创新不断，促进了手机出货量的增加，CIS 厂商收益手机出货量增加获得了第一波红利。随后，手机进入多摄时代，双摄、三摄渗透加强；叠加新能源汽车，工业互联网等领域对摄像头的需求增加，CIS 厂商正在收获第二波下游行业蓬勃发展的红利。根据麦姆斯咨询数据显示，到 2024 年，CIS 厂商每年收入维持正增长，2024 年 CIS 厂商年收入将达到 23986 百万美元。

                                                                   

可穿戴设备的需求急速增加，快速的占据了晶圆体代工厂以及封装厂的产能。虽然手机出货量疲软，但是多摄加速渗透的趋势不见，CIS 需求旺盛，导致许多晶圆体代工厂产能紧缺。面对这种形势，头部 CIS 供应商也需要扩充产能。但是产能的扩充并非一朝一夕就可以完成。如此情况下，部分订单就被迫放弃。根据 IHS market 数据显示，世界前五大 CIS供应商市场份额下降了 1.8 个百分点。这种市场份额的下降实属无奈之举。因为未来需求的持续增加，头部 CIS 也只能不断增加产能。索尼计划每月增加 1 万片产能，而且70%-80%销往中国；三星计划通过自建产能每月增加 1.5 万片产能；豪威则通过多个晶圆代工厂代工每月增加 1 万片的产能。

总结：手机摄像能力是存在向单反靠近的趋势，毕竟手机具备轻便，随身携带，操作简单等特点。虽然高像素不等于高画质，但是高像素确实成为了消费者购买手机的一大考虑因素。高像素一般首先会在高端手机使用然后再逐渐向中端产品渗透。对于能生产出高像素，高性能等传感器的头部厂商，在市场竞争中能占据有利位置。此外我们认为头部 CIS 供应商产能的增加，意味着对下游的封装，代工模组，其他零部件如红外滤光片，镜片的需求增加。

• 2.3 玻塑混合镜片有望成为新趋势

镜头是摄像头模组的重要组成部分，是决定拍照画质的要素。镜头是由多个镜片构成的。从构造看，镜片越多，镜头最终成像会越趋于完美。这是因为当光线透过镜片是，每一层镜片可以过滤一部分杂光，每一层镜片可以起到校正的作用。因此，每多一片镜片，最终成像效果就会好一些。手机厂商在提升成像画质方面，不仅使用了尺寸较大的传感器，同时还提升了镜头镜片的数量。例如，iPhone XS 采用的 6P 镜头，小米最新发布的小米 10 PRO 是则采用的是 8P 的镜头。从目前的 Dxo mark 排行榜上看，小米 10 PRO 拍照的分数确实比 iPhone XS 高。

镜片数量提升能够增强镜头的对比度与解析度，但是镜片的数量是难以做到无休止的增加，原因有三个方面。第一，随着智能手机摄像头超高像素、大光圈方向升级过程中，镜片增加确实可以过滤杂光，但是同时进光量也减少了。第二，更多的镜片会增加手机的成本。增加镜片数量若无法使画质获得质的飞跃，而因为镜头成本增加转嫁给消费者的做法并不明智。第三，手机轻薄化的趋势日益明显，增加镜片数量无疑是会增加手机的厚度。

按材质来分，镜片可由玻璃、塑料制成。塑料镜头的优点：重量轻、成本低、工艺难度低，适合大批量生产；缺点，透光率稍低，耐热性差、热膨胀系数大、耐磨性差、机械强度低等。玻璃镜片的优点：性能优良，透光率高；缺点主要是量产难度大，良率低、成本高。玻璃镜头一般用在安防、数码相机、单反等高端产品上。

高成像质量要求提升摄像头镜片的数量，然而塑料镜片的性能遇到了天花板。再者，从各大手机品牌的旗舰机型上看，长焦镜头已经成为了后置摄像头模组的标配要素。变焦倍数越高，长焦摄像头的高度越高，追求智能手机轻薄化的今天，手机的厚度不足以支持高倍长焦摄像头的高度。最后，长焦镜头在高变焦过程中有温度升高现象，塑料镜片受制于其物理性能，成像效果将会受到影响。

                                 

在此情况下，镜头供应商开发出玻塑混合镜片。玻塑混合镜片是在原来塑料镜片构成的镜头的基础上，将其中一片塑料镜片替换成玻璃镜片，进而构成玻塑混合镜头。由于玻璃镜片具有高折射率，这样就可以减少因镜片增加而造成的光量下降。同时，玻璃镜片具有耐高温性，因进行变焦的时候产生的温升造成对高倍变焦镜头性能的影响也会降低，画质有望得到提高。潜望式镜头作为高倍变焦的镜头的接触代表，预期潜望镜头组中的 G（三角稜鏡）加上 P（塑胶镜片），除三角稜鏡之外，在塑胶镜片组中，将有一至两片塑料镜片转为玻璃镜片。玻璃塑料混合镜头结合了玻璃镜头和塑料镜头的优点，能够减少镜头厚度和失真率、提高成像清晰度和光圈尺寸。已在监控安防、数码相机、单反相机等广泛应用，并有望在高端旗舰机型主摄中取得应用。

此外，vivo已经开始已经准备了两年的屏下设想模组，希望未来可以取得突破。

• 3.3D Sensing 之 TOF，开启未来 AR/VR 之路

• 3.1 3D Sensing 多种方案，结构光、TOF 、双目立体视觉对比

自 2017 年 Apple 发布使用 3D 结构光解锁的 iPhone X 后，3D Sensing 终于走进了我们的生活中。3D Sensing 摄像头相比于传统摄像头除了能够获取平面图像以外，还可以获得拍摄对象的深度信息，即三维的位置及尺寸信息，其通常由多个摄像头+深度传感器组成。目前市面上 3D sensing 共有三种主流技术：结构光、ToF、双目立体视觉。

• 结构光

3D 结构光最早应用于苹果旗舰机 iPhone X，结构光技术的基本原理是：根据不同距离上的激光在通过光栅时，折射位移不同来恢复图样的过程。在激光器外放置一个光栅，激光通过光栅进行投射成像时会发生折射，从而使得激光最终在物体表面上的落点产生位移。当物体距离激光投射器比较近的时候，折射而产生的位移就较小；当物体距离较远时，折射而产生的位移也就会相应的变大。这时使用一个摄像头来检测采集投射到物体表面上的图样，通过图样的位移变化，就能用算法计算出物体的位置和深度信息，进而复原整个三维空间。

结构光技术仅需一次成像就可得到深度信息，具备低能耗、高成像分辨率的优势，能够在安全性上实现较高保证，因此被广泛应用于人脸识别和人脸支付等场景。但结构光技术识别距离较短，大约在 0.2 米到 1.2 米之间，这将其应用局限在了手机前置摄像，主要用于 3D 人脸识别屏幕解锁、人脸支付及 3D 建模等。例如：去年苹果发布了具备前置结构光深度相机的重量级产品：iPhone X，其杀手级的应用就是携带了 三维人脸识别技术的Face ID。其中结构光方案采用伪随机散斑，该核心技术由苹果公司收购的PrimeSense公司提供。

                                                 

那么将来会不会前置结构光成为流行趋势呢？这里要打一个大大的问号。主要有以下几个考虑：

1. 苹果的结构光软硬件方案技术壁垒非常高，处于垄断地位。就全球手机产业链来说，目前能够提供足够精度的结构光方案只有苹果自己的供应链。除苹果外的第三方供应链目前精度还相差甚远，成本也居高不下。

2. 目前安卓手机前置结构光方案和苹果的技术方案可能存在专利纠纷，一旦苹果打专利战，安卓阵营胜算不大。

3. 结构光方案深度相机应用场景比较单一，主要集中在Face ID、动画表情、人脸光效及人脸相关应用，目前看来，未来可扩展应用空间有限，但是这只是时间的问题。

4. 结构光方案深度相机需要发射器和接收器之间保持一定的距离（基线），模组占用空间较大，这对于空间非常有限的手机来说是很大的劣势。

总之，结构光方案短时间内仍然掌握在苹果手中，安卓阵营话语权不大。发展空间有限。除非有人主动去整合上下游产业链，亦或者出现新的可替代的技术，比如。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

• ToF

ToF（Time of Flight）技术是通过向目标发射连续的特定波长的红外光线脉冲，再由特定传感器接收待测物体传回的光信号，计算光线往返的飞行时间或相位差，从而获取目标物体的深度信息。TOF 镜头主要由发光单元、光学镜片及图像传感器构成。其识别距离可达到 0.4 米到 5 米，因此已有品牌，如 OPPO、华为等，将其应用于手机后置摄像。ToF 优点在于可以做到对逐个像素点的深度进行计算，近距离情况下精度可以很高；缺点则在于室外受自然光红外线影响大、测量范围窄（远距离无法保证进度）以及成本较结构光要高。

                                              

• 双目立体视觉

双目立体视觉是基于视差原理，并利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点间的位置偏差，来获取物体三维几何信息的方法。双目立体视觉技术优点在于室内室外皆适用，不受日光影响以及几乎不受透明屏障影响，缺点则在于计算量巨大、算法复杂，对硬件具有较高要求。经过几十年来的发展，双目立体视觉在机器人视觉、航空测绘、军事运用、医学成像和工业检测等领域中的运用越来越广。

为了能够更好的理解相机内参，举个实例：
现以NiKon D700相机为例进行求解其内参数矩阵：
就算大家身边没有这款相机也无所谓，可以在网上百度一下，很方便的就知道其一些参数——
焦距 f = 35mm 最高分辨率：4256×2832 传感器尺寸：36.0×23.9 mm
根据以上定义可以有：
u0= 4256/2 = 2128 v0= 2832/2 = 1416 dx = 36.0/4256 dy = 23.9/2832
fx = f/dx = 4137.8 fy = f/dy = 4147.3
分辨率可以分为显示分辨率与图像分辨率两个方向：
显示分辨率（屏幕分辨率）是屏幕图像的精密度，是指显示器所能显示的像素有多少
图像分辨率则是单位英寸中所包含的像素点数，其定义更趋近于分辨率本身的定义
 

 

小结：

通过对三种 3D Sensing 技术的分析，我们不难发现，TOF 技术具有相当的优点：

（1）软件复杂性低，设计与应用简单（2）在暗光与强光环境下表现不错（3）功耗不高

（4）有较远的探测距离   （5）成本低        （6）响应速度快

苹果通过收购 PrimeSense，获得了 Light Coding 专利权，并且不对外授权。从此苹果获得 3D 结构光的优势。虽然行业中还存在其他 3D 结构光方案提供商，例如编码结构光。但是编码结构光相对于苹果使用的散斑结构光在分辨率以及功耗方面表现相对较差。同时基于 ToF 以上的优点，ToF 技术已经被大量的运用到不少手机品牌的中高端机型中。

                                    

                                  

• 3.2 TOF 不仅为了拍照，可能未来应用更加看来TOF灵活的可控性能。

• 飞行时间（Time Of Fly，简称TOF）方案的深度相机在将来会有非常大的发展。和结构光方案相比，飞行时间方案有如下几点优势：

• TOF方案相对简单，产业链发展的比较成熟，如LG Innotek、Sunny optics、O-Film等一线模组厂都能够提供高质量模组

• TOF方案不需要发射器和接收器之间保持一定的基线，甚至基线为零都可以，因此其模组体积可以做的非常小。非常适合对空间要求苛刻的手机。

• TOF方案可以通过发射功率控制使用范围，既适用于使用距离较近的前置三维人脸应用，也可以在使用距离较远的三维场景扫描、增强现实等领域使用，应用场景很丰富。                                          

                                                                         

当手机配备 ToF 镜头后，在进行拍摄时，ToF 通过光点的飞行时间计算景深，可以更好地计算出当前的目标的位置，产生景深效果，令拍照效果表现出更好。然而，手机厂商在手机中配备 ToF 镜头，不仅是为了拍摄，更是为了更大的应用场景。

手机在多年的发展中，已经可以说得到了长足的发展，高性能 CPU、GPU、大容量电池，超级闪充，配备最前沿的通信技术，可以说手机目前的性能已经向电脑靠不断地靠近。如此强大的设备若仅仅是为了用来通信，未免有些“大材小用”了。同时考虑到，手机已经成为现代的日常必备的设备，甚至可以夸张地说像人类的“体外器官”，可能也不为过。如此重要地设备，使它具备更多的功能，提供更多的应用场景，使收获更多的愉悦的体验，才是手机厂商们考虑的问题。

ToF 镜头具备空间测距，3D 扫描，3D 建模等功能，通过这一系列的功能，配合手机强大的运算和出力能力，手机也可以成为 3D 体感游戏机。以荣耀 V20 为例，研发团队开发了精确的骨骼识别算法，辅助 TOF 3D 镜头投屏在屏幕上，让屏幕上的游戏人物能够在最大程度上准确地跟随玩家的动作。在结合了这些高精度的身体轮廓数据后，荣耀 V20就能够从人体各个部位的空间位置，精准识别跟踪这些部位的形态，让玩家在游戏中可以随心所欲地做动作。从实测的操作中我们可以看到，无论是前后摆臂、身体摆动、起跳等动作，都可以实时识别定位。

除了国产手机应用了这个技术以外，一些国外的厂商也纷纷布局这一应用，例如三星和LG。我们可以看到配备的 TOF 技术，让该机具备人脸解锁功能，而且还能在 AR、VR 等场景下实现创新应用，让用户能享受到更好的服务体验。ToF 技术不仅可以用在手机上，还可以用在汽车上。采用了 ToF 技术的倒车系统可同时侦测多个不同距离的行人或障碍物，当检测到有行人或者障碍物靠近，就算是视线死角车顶的树枝，透过软件处理后，能以影像显影或声音警示距离，进一步辅助驾驶得知车后相关路况。ToF 技术使用领域广泛，在未来结合新一代通信技术以及云计算等技术，将会更好地融入到各个领域当中。

• 3.3 3D Sensing 核心部件——VCSEL

一颗 TOF 镜头的硬件可以分为发射端与接收端，发射端由 VCSEL、准直镜头和 DOE 扩散片组成，接收端由窄带滤光片、光学镜头和红外 CIS 组成。VCSEL 是 3D Sensing 中一个重要的零部件，用于发射高性能脉冲光。VCSEL，Vertical-CavitySurface-EmittingLaser，垂直腔面发射激光器，是一种半导体，其激光垂直于顶面射出。发射光源包括两种，一种是边发射的（如LD），一种是垂直的（如 VCSEL）， 边发射一般波长较长，用于信息传输；VCSEL 具有效率高、功耗低、传输速率快、制造成本低等优良特点，逐渐成为 3DSensing 的主流发射光源。

                                                         

 番外篇：涉及到一些关于市场类的东西

算法公司对双摄的发展起了非常大的促进作用，对行业起到最大作用是Linx、ArcSoft虹软、Altek这三家公司。Linx因被苹果公司收购而出名，苹果双摄基本采用该公司的软硬件方案。ArcSoft虹软则是2014年酷派RGB+RGB与2015年奇酷的RGB+MONO的背后双摄算法提供方，当前各安卓手机的Wide+Tele方案主要也是该公司提供的解决方案, Altek则主要是早期给华为提供双摄模组以及算法的供应商。

双摄模组厂商主要有三星电机（SEMCO）、LG Innotek、舜宇（Sunny）、欧菲光（O-Film）、丘钛（Q-Tech）、信利（Truly）、光宝（Liteon）。早期双摄市场不明朗的时候，观望徘徊是双摄市场的主流，很多安卓手机厂商密切关注苹果在双摄方面的动向。保守的策略虽然暂时是安全的，但是也会错失行业的历史性机遇。这方面比较有进取心和定力的是大陆老牌模组厂舜宇光学（Sunny Optical），率先在双摄模组研发方面发力。依靠深厚的技术积淀，舜宇在2015年自研成功了AA设备，为2017年双摄爆发积蓄好了技术和经验，最早在双摄模组领域站稳了脚跟，目前舜宇是大陆双摄产业链中最受益的模组厂商。

                       

单摄像头手机时代，算法供应商与模组厂之间是独立运作，不需要交流，厂商直接采购镜头，算法公司则直接在手机生产尾期进入调试成像效果，算法供应商在产业链中的话语权并不高。而在手机双摄时代，手机产业链格局发生很大变化，双摄算法供应商开始扮演重要的角色。这是因为手机双摄软硬件技术门槛都很高，首先需要模组厂制造出高精度高一致性的双摄模组，和单摄相比制造难度成指数级上升，但是世界上没有两片完全相同的叶子，套用在双摄模组上也同样适用，由于制造工艺的误差，两颗摄像头不可避免会在镜头参数和组装精度有所不同，这就需要算法供应商的相机标定算法对误差进行测量并后期修正。

在双摄算法中，相机标定可以解决两个相机生产过程中由于制造误差产生的光轴不平行问题，同时校正由于广角镜头造成的图像畸变，是双摄算法的基石。双摄模组标定的几个关键评价点是：1、标定精度高，这是双摄算法基础；2、标定速度快，对出货量极大的手机来说时间就是金钱；3、标定方案简单易用、可以快速部署；4、标定图案物体尺寸小，方便工作站使用；5、标定方案鲁棒性强，具有良好的容错性，即使出现的偏差也不会对结果有大影响；6、兼容性强，适用于多种双摄组合，可以重复利用。

具体的标定步骤可以参考：

https://blog.csdn.net/Darlingqiang/article/details/99570561（双目）

https://blog.csdn.net/Darlingqiang/article/details/78997893（单目）

双摄模组一般分为共支架和共基板两种，其中共支架方案组装精度更高，而共基板的方案组装精度低一些，成本也相对低。不过随着模组厂组装工艺的不断改良和提升，两种方案的精度差别逐渐缩小。此外，最近还有一种“无支架”的概念，所谓“无支架”并不是没有支架，其本质就是绕开模组厂的封装和标定，手机厂商把两颗单独的镜头直接放置在手机上。这种方式虽然看似节省了部分模组封装的成本，但存在一定的隐患，其一，手机在售后维修过程中，两颗相机很可能发生移动，如果没有专业的人员和特有的标定工具进行重新校准，很可能会极大的影响双摄成像效果，所以手机厂商必须要引进专业的维护人员及新的设备，这无疑增加了售后流程的复杂度和投入成本。其二，即便平时使用过程常见的摔碰、拆机等情况，无支架方案也比主流双摄方案的手机更容易出现镜头错位的情况，影响消费者的使用体验，所以，目前这种无支架方案还仅仅在对成本敏感的部分低端机上使用。无支架方案的产生，主要出于手机厂商对成本的考量，虽然各主流算法公司都有在跟进，但前景如何还需市场进一步考验。

 

算法供应商需要根据手机厂商的需求，针对不同搭配组合的双摄模组进行针对性的双摄算法设计和优化，实现背景虚化、暗光高清、光学变焦等功能。最后手机厂商联合模组厂、算法供应商等进行拍照效果的联合调优。双摄算法门槛极高。主要体现在如下几点。

对标领头企业：https://www.arcsoft.com.cn/product/depth-camera-solutions-on-smart-phone.html

1）算法研发壁垒高。双摄算法涉及计算摄影学、计算机视觉、光学、摄影美学等多个交叉领域的融合，属于新兴的技术，很多时候是摸着石头过河，既要紧跟前沿学术研究，又要脚踏实地产品化落地。另外对算法的鲁棒性要求极高。一方面由于手机出货量巨大，且内部集成了成百上千种元器件，很难保证同一型号所有摄像头模组硬件参数一致；另一方面，用户拍照场景（环境光照、运动状态、角度、距离等）千差万别，这就要求算法能够在许多不利环境下仍能正常工作，这对算法鲁棒性提出了极高的要求。

2）工程化应用要求高。手机产业对时效性有非常苛刻的要求，如果手机双摄开发流程出现问题，算法供应商要能够第一时间帮助客户定位问题解决问题，这需要非常紧密的上下游产业链协同合作和丰富的行业经验。此外目前大部分双摄旗舰机都是由算法供应商根据不同的硬件进行高度定制化开发，需要能够根据客户的需求进行快速的调整和优化，尤其是手机上市前，算法提供商需要具备一只强大的现场支持工程师团队。

3）产业链合作要深入。算法提供商提供的其实是一整套双摄技术解决方案，算法本身是基础，此外还需要对处理器平台厂商的处理器架构非常熟悉，形成战略合作，从而将算法融入处理器平台，此外需深入了解手机厂商的需求，打通处理器平台厂商和手机厂商之间的快速通道，帮助客户将双摄技术快速落地。

 当前，全球能够提供核心双摄算法的公司并不多。苹果、华为都有软硬件闭环的生态，所以有能力通过收购或者自研的方式组件自己的算法团队。除了苹果华为之外，第三方开放算法供应商ArcSoft在安卓市场占据绝对的领导地位，具备所有双摄组合的解决方案，主流手机八成以上的安卓旗舰手机都采用的ArcSoft的双摄方案。以色列的算法供应商Core photonics在竞争激烈双摄领域已逐渐被挤出市场。台湾的华晶科技（Altek）既做模组也做图像处理ASIC，其双摄算法效果比较一般，主要搭配硬件面向低端手机市场出售。

 

参考内容：

【1】https://www.arcsoft.com.cn/product/index.html

【2】https://blog.csdn.net/Darlingqiang/article/details/103236004

【3】 https://mp.weixin.qq.com/s/bJUwjgRUTFf25PMAexeUDg

【4】https://mp.weixin.qq.com/s/cR4PmeDF1ZPrs9kbmXYk2Q

【5】https://mp.weixin.qq.com/s/QsKAjDo-N0vwQARIidfNUA

【6】https://blog.csdn.net/Darlingqiang/article/details/99678450